Công thức tính điện năng hao phí áp dụng để tính toán lượng điện năng tiêu hao của một thiết bị điện. Công suất hao phí là đại lượng cho biết lượng công vô ích được sản sinh. Trong quá trình hoạt động của máy móc nó còn được hiểu là công suất tỏa nhiệt.
1. Khái niệm về điện năng
1.1 Điện năng là gì?
Trước khi đi tìm hiểu công thức tính điện năng hao phí chúng ta cần phải tìm hiểu qua điện năng là gì?
-
Điện năng là năng lượng mà dòng điện mang lại. Nó có thể biến đổi thành các dạng năng lượng khác như ánh sáng, nhiệt năng và cơ năng.
-
Điện năng là nguồn năng lượng quan trọng bậc nhất trong đời sống và sản xuất. Nó giúp con người thắp sáng, làm mát, sưởi ấm cũng như vận hành nhiều loại thiết bị điện tử. Không chỉ vậy, điện năng còn có khả năng truyền tải đi xa và phân phối dễ dàng.
-
Đơn vị đo điện năng trong hệ SI là Jun (J), nhưng trong thực tế người ta thường dùng kilowatt-giờ (kWh).
1.2 Công suất hao phí là gì?
-
Công suất hao phí là phần công suất điện bị mất mát trong quá trình truyền tải hoặc sử dụng mà không biến đổi thành công hữu ích.
-
Công suất hao phí thường biến thành nhiệt, từ trường, tiếng ồn. Đây là những dạng năng lượng ngoài ý muốn, không phục vụ công việc chính.
2. Công thức tính điện năng hao phí
2.1 Công thức tính công suất hao phí trên đường dây tải điện
- Công suất hao phí điện năng trên đường dây tải điện có tỉ lệ nghịch với bình phương hiệu điện thế đặt vào 2 đầu dây dẫn.
- Công thức tính điện năng hao phí là: Php = I2.R = (P2.R)/U2
Trong đó:
- Php là công suất hao phí dòng điện (đơn vị tính W)
- I là cường độ dòng điện (Đơn vị A)
- R là điện trở (đơn vị Ω)
- U là hiệu điện thế (Đơn vị V)
2.2 Công thức tính công suất hao phí trong nguồn
- Đối với công thức tính công suất hao phí trong nguồn cũng tương tự như các tính hao phí tỏa nhiệt hay hao phí trên đường dây tải điện.
- Công thức tính bao gồm: Q = I2/R hoặc Q = U2/R
Trong đó
- Q: chính là công suất hao phí hay còn gọi là công suất tỏa nhiệt.
- I: chính là cường độ của dòng điện.
- R: Chính là điện trở
- U: chính là hiệu điện thế
2.3 Công thức tính công suất hao phí tỏa nhiệt
- Công thức tính công suất hao phí áp dụng để tính ra công suất của mạch điện xoay chiều.
- Công thức tính công suất tiêu thụ trên toàn mạch điện: P = UI.cosφ .
- Công thức tính công suất tỏa nhiệt khi có mạch điện trở R: P = I2R .
- Tại đây 1 phần công suất sẽ bị hao hụt do tỏa nhiệt còn lại sẽ là công suất có ích.
Lúc này, công thức sẽ được áp dụng: P = P coich + Phaophi ⇔ UIcosφ = Pcoich + I2R
- Từ công thức tính công suất hao phí này người ta có thể tìm được cách nâng cao hệ số công suất để làm giảm công suất tỏa nhiệt khi truyền tải điện năng.
3. Ví dụ thực tế
3.1 Ví dụ 1
- Đề bài: Cùng một công suất điện được truyền tải đi trên cùng 1 dây dẫn. Tính công suất hao phí khi hiệu điện thế truyền tải là 10kV so với khi dùng hiệu điện thế là 50kV?
Lời giải:
- Áp dụng công thức tính điện năng hao phí ta có: Php = (P2.R)/U2
- => Hiệu điện thế truyền tải nhỏ hơn 5 lần nên công suất hao phí lớn hơn 25 lần
3.2 Ví dụ 2
- Đề bài: Đường dây tải điện có chiều dài 100km, truyền đi 1 dòng điện có công suất là 5MW và hiệu điện thế truyền tải là 10kV. Dây dẫn bằng đồng cứ 1km thì có điện trở là 0,3 Ω. Tính công suất hao phí trên đường dây tải điện đó?
Lời giải
- Đối 5MW = 5000000W, 10kV = 10000V
- Điện trở trên toàn dây dẫn là: 100 x 0,3 = 30 Ω
- Công suất hao phí trên đường dây tải điện đó là:
- Php = (P2.R)/U2 = (50000002.30)/ 100002 = 7500000 (W)
3.3 Ví dụ 3
- Giả thiết: Áp dụng đối với hệ thống chiếu sáng đèn LED dân dụng hoặc chiếu sáng đường phố. Đường tải điện là 120Km. Dây dẫn điện làm bằng đồng. Cứ 1km có R = 0,4 Ω. Người ta đo được cường độ dòng điện trên dây dẫn là 200A. Tính công suất hao phí trên đường dây tải điện đó
Lời giải:
- Điện trở của dây dẫn là: 130.0,4 = 52 Ω
- Công suất hao phí trên đường dây tải điện là: Php = R.I2 = 52 . 2002 = 2080000W
4. Cách làm giảm hao phí trên đường dây tải điện
4.1 Giảm điện trở
- Điện trở của dây dẫn được xác định bằng tích điện trở suất của vật liệu của dây dẫn với chiều dài của dây dẫn chia cho diện tích mặt cắt của dây dẫn.
- Vì chiều dài của dây dẫn trên đường truyền là xác định nên ta có thể giảm điện trở bằng cách giảm điện trở suất của dây dẫn.
- Dùng các vật liệu có điện trở suất nhỏ làm dây tải điện như vàng, bạc,.. để tăng khả năng dẫn điện.
- Tuy nhiên, cách này quá tốn kém vì đây đều là các vật liệu đắt tiền.
- Do đó, có thể tăng diện tích mặt cắt của dây dẫn bằng cách sử dụng dây to => Tăng khối lượng dây và cột đỡ.
- => Khi giảm điện trở R đi k lần thì công suất hao phí Php giảm k lần.
4.2 Tăng hiệu điện thế
- Theo công thức tính công suất hao phí, khi tăng hiệu điện thế lên k lần thì Php sẽ giảm k2 lần.
- Do đó, tăng hiệu điện thế sẽ hiệu quả hơn so với phương án giảm điện trở.
- Để làm được điều này, người ra sử dụng máy tăng thế.
4.3 Sử dụng máy biến thế để làm giảm công suất hao phí
- Để tăng giá trị của hệ số công suất cosφ, chúng ta phải sử dụng các loại tụ điện đắt tiền ở những nơi tiêu thụ điện năng.
- Do đó, cách này cũng không khả thi.
- Một số giải pháp cho việc truyền tải điện năng đi xa là sử dụng máy tăng thế trước khi truyền tải để tăng hiệu điện thế.
- Xây dựng hệ thống đường dây điện cao thế (110 kV – 500 kV), trung thế (11 kV – 35 kV) và hạ thế (220 V – 380 V) gồm: cột điện, dây dẫn,…
Trên đây là công thức tính điện năng hao phí chi tiết nhất cùng một số ví dụ thực tế và cách làm giảm hao phí trên đường dây tải điện. Hy vọng thông tin trên sẽ giúp bạn có thêm kiến thức về điện năng hao phí.
